公开/公告号CN113091772A
专利类型发明专利
公开/公告日2021-07-09
原文格式PDF
申请/专利权人 成都耀塔科技有限公司;
申请/专利号CN202110496637.4
发明设计人 刘川民;
申请日2021-05-07
分类号G01C25/00(20060101);
代理机构51220 成都行之专利代理事务所(普通合伙);
代理人伍旭伟
地址 610000 四川省成都市中国(四川)自由贸易试验区成都高新区天府大道中段530号2栋5层508号
入库时间 2023-06-19 11:47:31
技术领域
本发明涉及误差校正领域，具体涉及一种室内导航传感器系统误差校正方法。
背景技术
随着经济的发展，展会、商场、停车场、风景区、博物馆等场所规模越来越大，几十万甚至几百万平方公里的场所比比皆是。在这样的大型场所里有时寻找具体的某个商户或者位置就较为困难，于是诞生了室内导航。
惯性传感器作为具有强自主性的运动惯性传感器，已经广泛应用于运动测量、导航定位等领域；用于室内导航定位的惯性传感器可作用为提供位置、速度以及姿态等全部导航参数。在室内导航定位过程中，以惯性传感器作为室内导航传感器，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角、位移和位置等输出信号量。
惯性传感器原理为：对加速度进行一次积分得到位移速度和角速度，二次积分获得位移距离和方向角位移量。测算的速度值等于真实速度值与惯性传感器自身系统误差速度值的和，惯性传感器自身系统误差会随着时间的推移，不断累积为速度误差，时间越长，基于速度误差的位移和方向角误差就越大。在室内导航系统中，室内导航传感器性能由传感器的噪声、偏差、比例因子、和系统校准决定；室内导航系统可提供准确的短期位置、速度、加速度、姿态、和角速率估计，但在室内定位运用时，其定位误差随时间的推移不断累计增大，因此，如何减小室内导航传感器的系统误差是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种室内导航传感器系统误差校正方法，可以对惯性传感器的输出信号量进行校正，减小了惯性传感器的系统误差对室内导航定位带来的影响，具体通过下述技术方案实现：
将两个或多个同型号的惯性传感器芯片同时安装在同一载体上，包括如下步骤：
S1：设置其中一个或多个惯性传感器芯片为参考芯片，其他惯性传感器芯片为参照芯片；
S2：以一个参考芯片的重心为原点建立空间坐标系，以参考芯片的宽度方向为x轴方向，以参考芯片的长度方向为y轴方向，以参考芯片的厚度方向为z轴方向；有多个参考芯片时，所有参考芯片的空间安装方向一致；
S3：将参照芯片按照相对于参考芯片的安装方向沿某一坐标轴旋转180°得到的方向进行安装；
S4：将选定参照芯片与选定参考芯片在时刻t的输出信号量进行求和取平均，得到消除或减小系统误差后的输出信号量。
在现有的室内导航系统中，惯性传感器芯片的系统误差带来的定位误差随时间的推移不断累计增大，本方案将惯性传感器的系统误差在空间坐标系中分解为三个分量，通过在系统内设置两个或多个同型号的惯性传感器芯片，并采用不同的安装方式，使两个或多个惯性传感器芯片之间的系统误差分量通过叠加抵消，大大减少了惯性传感器的系统误差对系统的定位带来的影响。
在上述方案的基础上，进一步的有：
所述的两个或多个同型号的惯性传感器芯片为同一批次的惯性传感器芯片。
在上述方案的基础上，进一步的有：
所述的两个或多个同型号的惯性传感器芯片具有相同或相近的系统误差。
在上述方案的基础上，进一步的有：
所述的两个或多个同型号的惯性传感器芯片安装于相邻位置且处于同一环境条件。
在上述方案的基础上，进一步的有：
设参考芯片的空间安装方向为状态A，为正面正向安装；设参考芯片时刻t在x轴上的系统误差分量为△x，时刻t在y轴上的系统误差分量为△y，时刻t在z轴上的系统误差分量为△z；
按照相对于参考芯片的安装方向沿x轴旋转180°得到的方向进行安装的参照芯片的空间安装方向为状态B，相对于参考芯片为背面反向安装；此时参照芯片与参考芯片在y轴和z轴上的系统误差分量的绝对值相同或相近且方向相反，即为状态B的参照芯片时刻t在x轴上的系统误差分量等于或约等于△x，时刻t在y轴上的系统误差分量等于或约等于-△y，时刻t在z轴上的系统误差分量等于或约等于-△z；
按照相对于参考芯片的安装方向沿y轴旋转180°得到的方向进行安装的参照芯片的空间安装方向为状态C，相对于参考芯片为背面正向安装；此时参照芯片与参考芯片在x轴和z轴上的系统误差分量的绝对值相同或相近且方向相反，即为状态C的参照芯片时刻t在x轴上的系统误差分量等于或约等于-△x，时刻t在y轴上的系统误差分量等于或约等于△y，时刻t在z轴上的系统误差分量等于或约等于-△z；
按照相对于参考芯片的安装方向沿z轴旋转180°得到的方向进行安装的参照芯片的空间安装方向为状态D，相对于参考芯片为正面反向安装；此时参照芯片与参考芯片在x轴和y轴上的系统误差分量的绝对值相同或相近且方向相反，即为状态C的参照芯片时刻t在x轴上的系统误差分量等于或约等于-△x，时刻t在y轴上的系统误差分量等于或约等于-△y，时刻t在z轴上的系统误差分量等于或约等于△z；
所有惯性传感器芯片的空间安装方向包括以上1种或2种或3种状态，每种安装状态的惯性传感器芯片数量相同，参考芯片和参照芯片在坐标轴绝对值相同或相近且方向相反上的系统误差分量叠加后，累计系统误差归零或趋向零，从而使得惯性导航定位更加精准。
在上述方案的基础上，进一步的有：
所有参考芯片的空间安装方向为状态A，所有参照芯片的空间安装方向为状态B、状态C或状态D中的其中一种；
在S4中，选定所有参考芯片和参照芯片，对时刻t的输出信号量进行求和取平均，消除惯性传感器芯片除对应旋转坐标轴以外的另外两个坐标轴方向的惯性传感器系统误差分量，得到校正后的输出信号量。
或，所有参考芯片的空间安装方向为状态A，所有参照芯片的空间安装方向包括状态B、状态C和状态D三种；
在S4中，选定所有参考芯片和参照芯片，对时刻t的输出信号量进行求和取平均，消除惯性传感器芯片在x轴、y轴和z轴三个方向的惯性传感器系统误差分量，得到在全坐标系校正后的输出信号量对三个输出信号量进行求和取平均，得到在全坐标系校正后的输出信号量。
或，所有参考芯片的空间安装方向为状态A，所有参照芯片的空间安装方向为状态B、状态C或状态D中的其中两种；
若在S4中，取所有惯性传感器芯片在时刻t的输出信号量，选定所有参考芯片和一种安装状态下的参照芯片的输出信号量，进行求和取平均，消除惯性传感器芯片的除选定参照芯片对应旋转坐标轴以外的另外两个坐标轴方向的惯性传感器系统误差分量，得到初步校正输出信号量：包括消除误差后的两个坐标轴方向的输出信号分量h、输出信号分量i，以及选定参照芯片对应旋转坐标轴方向上的输出信号分量j；
在剩余一种安装状态的参照芯片的输出信号量中，取和输出信号分量j相同方向上的输出信号分量k；
对输出信号分量j和输出信号分量k进行求和取平均，得到消除误差后的输出信号分量g，将输出信号分量h、输出信号分量i和输出信号分量g即为在全坐标系校正后的输出信号量分别在三个坐标轴上的分量。
需要说明的是，惯性传感器接收的输出信号包括了空间上分为三个方向上的分量，在对信号量进行计算时，三个方向上的分量分别进行计算，互不干扰。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1.本发明通过在同一载体上安装对照惯性传感器芯片，让惯性传感器芯片之间的系统误差相互抵消，有效地消除了惯性传感器芯片在某个平面内甚至整个空间内的系统误差。
2.本发明运用效果容易检验及修正，其动作可靠性高。
3.本发明成本低廉，结构简单，易于实现对室内惯性导航的定位准确性提高具有重要价值。
附图说明
结合附图，可以得到对本发明实施例的进一步理解，从本发明的权利要求和优选实施例的以下描述可以获得本发明的其它特征和优点。在不超出本发明的范围的情况下，在这种情况下可以按任何期望的方式将图中所示的不同实施例的单独特征加以组合。在附图中：
图1为实施例1中的惯性传感器芯片安装状态示意图；
图2为实施例2中的惯性传感器芯片安装状态示意图；
图3为实施例3中的惯性传感器芯片安装状态示意图；
图4为实施例4中的惯性传感器芯片安装状态示意图；
图5为实施例5中的惯性传感器芯片安装状态示意图；
图6为实施例6中的惯性传感器芯片安装状态示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示，在本实施例中，将两个同型号、同一批次且具有相同或相近的系统误差的惯性传感器芯片A1、A2同时安装在同一底板的同一面上；
设置惯性传感器芯片A1为参考芯片，惯性传感器芯片A2为参照芯片；
以参考芯片A1的重心为原点建立空间坐标系，以参考芯片A1的宽度方向为x轴方向，以参考芯片A1的长度方向为y轴方向，以参考芯片A1的厚度方向为z轴方向；
设参考芯片A1的空间安装方向为正面正向安装；参考芯片A1时刻t在x轴上的系统误差分量为△x
将参照芯片A2按照相对于参考芯片A1的安装方向沿z轴旋转180°得到的方向进行安装，即相对于参考芯片A1为正面反向安装；此时参照芯片A2时刻t在x轴上的系统误差分量等于或约等于-△x
设参考芯片A1与参照芯片A2在时刻t的输出信号量分别为L
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参考芯片A1与参照芯片A2在时刻t的输出信号量进行求和取平均后，消除惯性传感器芯片A1、A2在x轴和y轴方向的惯性传感器系统误差分量，得到只存在z轴方向上的惯性传感器系统误差分量△z
为了进一步实现本发明的目的，本发明还提出了第二个实施例。
实施例2：
如图2所示，在本实施例中，将两个同型号、同一批次且具有相同或相近的系统误差的惯性传感器芯片A1、A3同时安装在同一底板的两面上，且按相同的方向安装；
设置惯性传感器芯片A1为参考芯片，惯性传感器芯片A3为参照芯片；
以参考芯片A1的重心为原点建立空间坐标系，以参考芯片A1的宽度方向为x轴方向，以参考芯片A1的长度方向为y轴方向，以参考芯片A1的厚度方向为z轴方向；
设参考芯片A1的空间安装方向为正面正向安装；参考芯片A1时刻t在x轴上的系统误差分量为△x
将参照芯片A3按照相对于参考芯片A1的安装方向沿y轴旋转180°得到的方向进行安装，即相对于参考芯片A1为背面正向安装；此时参照芯片A3时刻t在x轴上的系统误差分量等于或约等于-△x
设参考芯片A1与参照芯片A3在时刻t的输出信号量分别为L
L
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L
参考芯片A1与参照芯片A3在时刻t的输出信号量进行求和取平均后，消除惯性传感器芯片A1、A3在x轴和z轴方向的惯性传感器系统误差分量，得到只存在y轴方向上的惯性传感器系统误差分量△y
为了进一步实现本发明的目的，本发明还提出了第三个实施例。
实施例3：
如图3所示，在本实施例中，将两个同型号、同一批次且具有相同或相近的系统误差的惯性传感器芯片A1、A4同时安装在同一底板的两面上，且按相反的方向安装；
设置惯性传感器芯片A1为参考芯片，惯性传感器芯片A4为参照芯片；
以参考芯片A1的重心为原点建立空间坐标系，以参考芯片A1的宽度方向为x轴方向，以参考芯片A1的长度方向为y轴方向，以参考芯片A1的厚度方向为z轴方向；
设参考芯片A1的空间安装方向为正面正向安装；参考芯片A1时刻t在x轴上的系统误差分量为△x
将参照芯片A4按照相对于参考芯片A1的安装方向沿x轴旋转180°得到的方向进行安装，即相对于参考芯片A1为背面反向安装；此时参照芯片A4时刻t在x轴上的系统误差分量等于或约等于△x
设参考芯片A1与参照芯片A4在时刻t的输出信号量分别为L
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参考芯片A1与参照芯片A4在时刻t的输出信号量进行求和取平均后，消除惯性传感器芯片A1、A4在y轴和z轴方向的惯性传感器系统误差分量，得到只存在x轴方向上的惯性传感器系统误差分量△x
为了进一步实现本发明的目的，本发明还提出了第四个实施例。
实施例4：
如图4所示，在本实施例中，将六个同型号、同一批次且具有相同或相近的系统误差的惯性传感器芯片A11、A12、A13、A14、A15、A16安装在同一底板上，惯性传感器芯片A11、A12、A13同时安装在底板的同一面上，且按相同的方向安装；惯性传感器芯片A14、A15、A16同时安装在上述底板的另一面上，且按与惯性传感器芯片A11、A12、A13相反的方向安装；
设置惯性传感器芯片A11、A12、A13为参考芯片，惯性传感器芯片A14、A15、A16为参照芯片；
以参考芯片A11的重心为原点建立空间坐标系，以参考芯片A11的宽度方向为x轴方向，以参考芯片A11的长度方向为y轴方向，以参考芯片A11的厚度方向为z轴方向；
设参考芯片A11、A12、A13的空间安装方向为正面正向安装；参考芯片A11、A12、A13时刻t在x轴上的系统误差分量为△x
将参照芯片A14、A15、A16按照相对于参考芯片A11、A12、A13的安装方向沿x轴旋转180°得到的方向进行安装，即相对于参考芯片A11、A12、A13为背面反向安装；此时参照芯片A4时刻t在x轴上的系统误差分量等于或约等于△x
设参考芯片A11、A12、A13与参照芯片A14、A15、A16在时刻t的输出信号量分别为L
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参考芯片A11、A12、A13与参照芯片A14、A15、A16在时刻t的输出信号量进行求和取平均后，消除惯性传感器芯片A11、A12、A13、A14、A15、A16在y轴和z轴方向的惯性传感器系统误差分量，得到只存在x轴方向上的惯性传感器系统误差分量△x
本实施例与实施例3相比，虽然理论上得到的都是只存在x轴方向上的惯性传感器系统误差分量△x
为了进一步实现本发明的目的，本发明还提出了第五个实施例。
实施例5：
如图5所示，在本实施例中，将四个同型号、同一批次且具有相同或相近的系统误差的惯性传感器芯片A1、A2、A3、A4安装在同一底板上，惯性传感器芯片A1、A2同时安装在底板的同一面上，设A1安装方向为正面正向，A2安装方向相对于A1为正面反向；惯性传感器芯片A3、A4同时安装在上述底板的另一面上，A3安装方向相对于A1为背面正向，A4安装方向相对于A1为背面反向；
设置惯性传感器芯片A1为参考芯片，惯性传感器芯片A2、A3、A4为参照芯片；
以参考芯片A1的重心为原点建立空间坐标系，以参考芯片A1的宽度方向为x轴方向，以参考芯片A1的长度方向为y轴方向，以参考芯片A1的厚度方向为z轴方向；
设参考芯片A1时刻t在x轴上的系统误差分量为△x
参照芯片A2时刻t在x轴上的系统误差分量等于或约等于-△x
参照芯片A3时刻t在x轴上的系统误差分量等于或约等于-△x
参照芯片A4时刻t在x轴上的系统误差分量等于或约等于△x
设参考芯片A1与参照芯片A2、A3、A4在时刻t的输出信号量分别为L
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参考芯片A1与参照芯片A2、A3、A4在时刻t的输出信号量进行求和取平均后，消除惯性传感器芯片A1、A2、A3、A4在x轴、y轴和z轴三个方向的惯性传感器系统误差分量，得到在全坐标系校正后的输出信号量在三个坐标轴上的分量L
本实施例与实施例1-3相比，四种安装方式的惯性传感器芯片在各坐标轴上的系统误差两两相抵，可以更大限度的消除全坐标系的系统误差，需要注意的是，增加惯性传感器芯片的数量时需要保证每种安装状态下的惯性传感器芯片数量相同，避免发生每个惯性传感器芯片所测的数据参与计算的次数不等，导致引入误差的情况。
为了进一步实现本发明的目的，本发明还提出了第六个实施例。
实施例6：
如图6所示，在本实施例中，将三个同型号、同一批次且具有相同或相近的系统误差的惯性传感器芯片A1、A2、A3安装在同一底板上，惯性传感器芯片A1、A2同时安装在底板的同一面上，设A1安装方向为正面正向，A2安装方向相对于A1为正面反向；惯性传感器芯片A3安装在上述底板的另一面上，A3安装方向相对于A1为背面正向、相对于A2为背面反向；
设置惯性传感器芯片A1为参考芯片，惯性传感器芯片A2、A3为参照芯片；
以参考芯片A1的重心为原点建立空间坐标系，以参考芯片A1的宽度方向为x轴方向，以参考芯片A1的长度方向为y轴方向，以参考芯片A1的厚度方向为z轴方向；
设参考芯片A1时刻t在x轴上的系统误差分量为△x
参照芯片A2时刻t在x轴上的系统误差分量等于或约等于-△x
参照芯片A3时刻t在x轴上的系统误差分量等于或约等于-△x
设参考芯片A1与参照芯片A2、A3在时刻t的输出信号量分别为L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
L
每个方向的分量只取参考芯片A1与参照芯片A2、A3中的其中两只芯片的数据参与计算，每个芯片各有两个方向的分量分别参与一次计算，消除惯性传感器芯片A1、A2、A3在x轴、y轴和z轴三个方向的惯性传感器系统误差分量，得到在全坐标系校正后的输出信号量在三个坐标轴上的分量LAx
本实施例与实施例5相比，都得到了在全坐标系校正后的输出信号量，通过对输出信号量在空间坐标系上的分量进行拆分计算的方式，保证每种安装状态的芯片只参与一次计算，不会发生每个惯性传感器芯片所测的数据参与计算的次数不等导致引入误差的情况；同时优化了布局，减少一种安装状态的惯性传感器芯片，节省了芯片的安装数量。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
机译： 陀螺仪传感器相位误差校正电路，陀螺仪传感器系统和陀螺仪传感器相位误差校正方法，能够防止相位误差引起的畸变
机译： 陀螺仪传感器的相位误差校正电路，陀螺仪传感器系统及陀螺仪传感器的相位误差校正方法
机译： 用于获得患者体内内部组织表面或区域的一种或多种生物学特性的可询问外部传感器系统，用于获得患者内部内部组织表面或区域的一种或多种生物学特性的方法，用于获得患者体内一种或多种生物学特性的透皮传感器系统患者的内部组织区域，用于获得患者的内部组织区域的一个或多个生物学特征的方法以及用于获取患者的内部组织区域的一个或多个生物学特征的可询问传感器系统
